射頻產品自動測試系統的校正方法及案例研究

摘 要：基于ATE射頻CP測試的校準技術，通過輔助去嵌結構，使得在射頻產品的CP測試過程中消除測試系統阻抗不匹配帶來的測試誤差。從而能夠獲得更準確的測試結果，最終提高測試良率，節約測試成本。

關鍵詞：射頻技術；自動測試；校正

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.24.105

1 引言

眾所周知，射頻信號傳輸時需要傳輸線路能完好地阻抗匹配，這樣才能減少信號的反射。但ATE在對CP射頻產品進行測試時，由測試機發送的射頻信號會經過測試轉接板、探針卡傳輸到芯片輸入端，在此過程中，測試機內部的信號源到信號輸出端口、轉接板以及探針卡上的走線阻抗匹配不理想、轉接板與測試機信號輸出端口的連接、轉接板與探針卡的連接，探針與芯片引腳（pad）的接觸均存在寄生的電容電感，這些必然造成射頻信號不能完好的阻抗匹配，信號在傳輸過程中發生反射，最終到達芯片引腳的信號存在功率上的損耗，以及時序上的延遲等。同樣，射頻芯片輸出的信號也需經過探針卡以及轉接板才能送到測試機進行分析，傳輸線路的阻抗不匹配也會造成我們得不到真實的輸出結果。這種阻抗不匹配給我們的測試帶來誤差，但產品測試硬件結構一旦固定，這種誤差就是可預示和可重復出現的，從而可以定量的描述，可在測試過程中通過校準消除。

2 校正方法介紹

2.1 現有方法不足

現有成品（FT）射頻產品測試時通常需要使用到網絡分析儀，網絡分析儀使用前也需進行相應的校準，來補償測試儀內部、線纜及轉接頭帶來的系統誤差，目前已有相應成熟的校準件和校準方法。但對于圓片級的射頻產品的測試，網絡分析儀沒有支持到針卡探針部分的校準的方案。且網絡分析儀一般用于工程測試，并不適合量產使用。

ATE測試設備測試CP射頻產品時，測試機臺也能對射頻資源進行校準，但也只能校準到測試機信號輸出端口，對于輸出端口之后到芯片管腳的傳輸線路則不能進行校準。對于這部分帶來的誤差，現有測試中，我們往往就不作處理，或者采用以FT測試的結果作為參考，直接給補償值，但這種補償并不準確，且射頻產品均有頻響特性，即在不同的頻率下，其損耗的表現也不一樣，這樣也帶來了復雜的補償工作。

目前已成熟的網絡分析儀的校準其原理是基于對標準件的S參數的測量記錄保存，測試時再對誤差項進行補償。而現有射頻測試機臺也支持S參數的測試。

2.2 校正方法介紹

本方法先對標準件進行測試，記錄測量系統誤差項的具體值，然后通過計算對被測芯片測試結果進行修正處理的方法。此方法可消除射頻產品CP測試中的誤差。在量產測試中對測試系統阻抗不匹配造成的影響進行校準的方法，步驟包括：

（1）在射頻芯片流片時，在圓片上制作輔助去嵌結構作為標準件。輔助去嵌結構包含三種結構：開路（open），短路（short），傳輸線（thru）。去嵌結構要求對應于被測器件的射頻管腳的位置。

（2）利用ATE測試資源通道對標準件在被測器件工作的頻帶內進行S參數的測試。

（3）記錄通過對標準件測試得到的測試系統誤差的具體數值，并將數據文件存儲于測試系統內部。

（4）調用之前存儲的標準件測試數據，通過一定的算法對被測器件的ATE測試系統的結果進行修正處理，消除其中誤差成分，得到被測器件真實值。

3 案例介紹

本例在對電感的測試中，通過對電感S參數的測試，經過運算可測量電感的感值以及Q值。

（1）該片晶圓上包含9種電感，圖中的標注分別指出了其電感值和工作頻率，以5nH_900MHz為例，表示電感的設計電感值為5nH，工作頻率為900MHz。在晶圓制作中，我們制作與電感位置相對應的標準件作為輔助去嵌結果：傳輸線，短路，開路。

（2）測試系統在對電感測試前，探針卡先扎在標準件上，分別測量出輔助去嵌結構傳輸線、開路、短路的S參數，并保存測試數據文件。

（3）測試系統分別測試這9種電感的S參數。如下圖以5nH_900MHz電感為例。

（4）調用之前標準件的測試數據文件，通過計算得到去嵌入后的電感的S參數。如下以5nH_900MHz電感為例。

（5）通過對S參數的提取計算，得到電感的感值及Q值。

從測試結果可以看出：流片時在晶圓上制作標準件作為輔助去嵌結構，通過去嵌處理，可以準確測量出電感的特性參數。

4 小結

針對CP射頻產品測試時，ATE測試系統測量線路的阻抗不匹配造成測試結果不準確，導致測試失效。本文介紹的校準技術，通過輔助去嵌結構，使得在射頻產品的CP測試過程中消除測試系統阻抗不匹配帶來的測試誤差。從而能夠獲得更準確的測試結果，最終提高測試良率，節約測試成本。

參考文獻：

[1]江前彪.工業產品缺陷在線檢測系統的研究[D].浙江理工大學，2017.

[1]熊遷.射頻芯片自動測試系統設計與實現[D].中南大學，2014.

作者簡介：孫秀偉（1989-），男，江蘇南京人，本科，助理工程師，從事微波射頻電路方面的研究。